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碳纤维有优异的力学性能,碳纤维/树脂复合材料广泛应用在高科技的各个领域。然而未经处理的碳纤维的表面是由石墨点阵和弱健微晶构成的,制备复合材料时容易引起与树脂基体的弱界面结合,导致材料性能不高,所以对碳纤维的表面改性是必要的。超临界二氧化碳(SCCO2)由于具有低粘度、高扩散性,高溶解度和高介电的特性,且它的化学惰性、无毒、和环境友好性等特性,近年来受到了高度关注。基于超临界二氧化碳的特殊性质,本文利用超临界二氧化碳对PAN基碳纤维表面进行了改性研究。通过原子力显微镜(AFM),扫描电镜(SEM)考察了超临界二氧化碳处理前后碳纤维表面状态的变化。利用X光电子能谱(XPS)对超临界二氧化碳处理前后碳纤维表面元素和官能团进行了分析。结果表明,处理温度升高碳纤维表面O/C降低,由C1s谱峰分析处理前后碳元素的化学状态可知,温度升高碳纤维表面的含氧官能团降低。采用X射线衍射(XRD)研究了超临界二氧化碳对碳纤维结构的影响,分析了碳纤维中石墨微晶随着处理温度增加的机制。结果表明,随着处理温度的升高,碳纤维(002)晶系增加,并且石墨微晶厚度Lc和尺寸La增大,因而可知温度升高碳纤维的石墨化程度降低。采用AFM观察了超临界二氧化碳对碳纤维表面处理,随着温度升高发现碳纤维表面沟槽变深并且碳纤维表面的粗糙度增加。此外单丝拉伸强度在处理后有所下, 200℃处理时,强度下降4.4%。通过碳纤维/环氧树脂的复合材料件层间剪切强度判断,在200℃下,超临界二氧化碳处理过的碳纤维与环氧树脂的粘结性提高可达17.4%,经过超临界二氧化碳处理后碳纤维的层间剪切提高明显。超临界二氧化碳处理过的碳纤维纤维表面粗糙度增加,并且碳纤维与树脂的浸润性增加。综上,超临界二氧化碳对碳纤维的处理可以改善碳纤维与基体树脂的界面结合性能,是一种绿色的、无污染的改性碳纤维表面的处理方法。